EFFETS BIOLOGIQUES DES RADIATIONS IONISANTES Introduction Les radiations ionisantes sont utilisées en médecine : soit en diagnostic, soit en thérapie, autres sources que l ’irradiation médicale : naturelle, industrielle, militaire… Elles interagissent avec la matière vivante et ont donc des effets biologiques, liés en particulier à la dose absorbée (voir cours précédent).

Au niveau moléculaire Effet direct : l'ionisation  la rupture des liaisons chimiques intervient surtout pour effets génétiques. Effet indirect : formation des radicaux libres : radiolyse de … 2 H2O  H2O+ + e- + H2O  H2O- H+ + OH. H. + OH- Leur devenir dépend : du TEL si élevé OH0 et H0 proches, recombinaisons H. + H.  H2 OH. + H.  H2O OH. + OH. H2O2 si faible, ionisation éloignée : H. + OH.  H2O de la présence d'O2 (surtout si TEL faible) H. + O2  HO.2 2HO. 2  H2O2 + O2 Formations de peroxydes toxiques pour les structures cellulaires lipidiques RH + OH.  R. + H2O  R. + O2  RO2

Action sur les groupes sulfurés : 2 R SH + 2 OH.  R S-S R + 2H2O ou inversement rupture de ponts S-S Action sur les acides nucléiques. Action sur l'ADN : Rupture d'une chaîne  réparable. Rupture des deux chaînes. Altération des sucres  libération de la base. Modification de structure  enjambement. Réparation par excision (exonucléase) - resynthèse (à partir du brin intact par l’ADN polymérase). Processus SOS : Lors de la réplication, introduction de bases au hasard sur le chromosome fils  mutations.

Lésions chromosomiques : Sur 1chromosome : Cassure unique : restitution ou délétion. Cassure double : recollement ou inversion ou anneau ou délétion. Sur 2 chromosomes : Translocation pour aboutir à une trisomie. ou

Effet : D très élevées : mort immédiate Au niveau cellulaire Effet : D très élevées : mort immédiate D moins élevées : mort en mitose D de l’ordre du Gy : mort à une génération ultérieure D faible : modification de perméabilité, de synthèse, de croissance… Quantitativement : courbe survie-dose S = nombre de cellules survivantes (ou non atteintes) nombre de cellules irradiées ln S S = e-D/D0 modèle de la cible 1 cible D si D = D0  S = 1 = 37 % e DL50 = ln2 x D0 D

n cibles ln S D D0 = 103 Gy pour les virus 102 Gy pour les levures 10 Gy pour les bactéries 1 Gy à 2 Gy pour les cellules des mammifères

Facteurs de radiosensibilité Nature de la particule irradiante : pour une même dose D en Gy (J/kg), l’effet biologique est différent selon la particule (et son TEL). Fractionnement de la dose  diminution de l’efficacité. Ln S EBR = D particule de référence D particule irradiante 0,5 D (Gy)

Facteurs cellulaires : Sensibilisateurs (O2)  cibles. Equipement enzymatique important . Phase du cycle cellulaire (mitose ). Nature des cellules. Loi de BERGONIE - TRIBONDEAU : Radiosensibilité plus grande si : Activité reproductrice grande, Morphologie et fonction moins fixées.

Classement du plus sensible au moins sensible : Tissus embryonnaires. Organes hématopoïétiques. Gonades. Epiderme. Muqueuse intestinale. Tissu conjonctif. Tissu musculaire. Tissu nerveux. A part : cristallin très radiosensible.

Au niveau des organes et de l’organisme Dose équivalente Comme au niveau de la cellule, les effets observés dépendent de la D, de son fractionnement (donc D.), de la nature de la particule. Ce qui correspond à l’EBR pour un effet au niveau d’un tissu, d’un organe ou de l’organisme est un facteur de pondération dépendant de la radiation noté WR. Dose «équivalente» en Sv (Sievert) = D (en Gy) x WR. WR vaut : 1 pour X, g, +- 3 pour neutrons thermiques, 10 pour neutrons énergétiques et p+, 20 pour  et noyaux lourds.

Une irradiation  effets à court terme (obligatoire, à seuil, réversibles).  effets à long terme (aléatoires, seuil ?, généralement non réversibles). Effets à court terme : somatiques Dose équivalente élevée et irradiation de tout l’organisme: «mal des rayons» (DE › 1 Sv). La DL50 = 4 Sv environ chez l’homme. Phase prodromique (nausées, vomissements, diarrhée, fatigue, malaises …). Latence. Syndrome hématopoïétique : (2 à 4 Sv) lymphopénie, leucopénie, thrombopénie, anémie. Syndrome gastrointestinal : (à partir de 8 Sv) vomissements, diarrhée, hémorragie digestive, pronostic très grave. Syndrome nerveux (supérieur à 20 Sv) convulsion, coma.

Dose équivalente élevée sur un organe : Atteinte revêtement cutané  chute des cheveux et des poils. Radiodermite : - érythémateuse (5 - 10 Sv) - phlyctènes, brûlure 2° (10 - 20 Sv) - radionécrose (kc…) Lésions oculaires : conjonctivite. Gonades : -masculin : stérilité retardée, cellules endocrines normales -féminin : stérilité immédiate (parfois réversible) cellules endocrines détruites Embryon : peu sensible avant la nidation (0-15 jours) : «tout ou rien», organogénèse (15-50 jours) : phase la plus radiosensible : malformation dès 0,1 Sv, développement : moins radiosensible. Conséquence : Pas d’examens avec RI en cas de retard de règles. Prudence en 2° partie de cycle.

Effets retardés : aléatoires, seuil ? Somatique :  durée de vie, cataracte, carcinogenèse, radiodermite chronique (survivant de Hiroshima et Nagasaki : augmentation de la proportion des Kc avec DE à partir de 0,2 Sv ; au dessous ?). Génétique : Mutations - chromosomiques, 5/1000 naissances spontanément (en particulier trisomie 21), - géniques (difficile de savoir si spontanées ou induites). Généralement récessives :  homozygotes, problème purement théorique actuellement.